特种陶瓷材料

铁电陶瓷材料的应用以及生产工艺之四

铁电陶瓷材料，是指具有铁电效应的一类功能性陶瓷材料，它是热释电材料的一个分支。

可用于大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性，可制作红外探测器等。也用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。广泛应用于航天、军工、新能源产品。

这里介绍，主要是参考它的加工工艺，比如为固体电解质的加工提供一定的参考。另一方面是顺便了解一下这特种陶瓷的用途。

室温研磨法固相反应制备铁电陶瓷粉末

铁电陶瓷(Ferroelectric ceramics)是主晶相为铁电体的陶瓷材料，具有高的直流电阻率、相对低的电介质损耗角正切(0．1％～7％)、中等介电击穿强度(100～120kV／cm)以及非线性的电、机电、电光学特性，与普通绝缘材料(5～100)相比具有高的介电常数(200—10000)。铁电陶瓷的优良性能使其广泛应用于工业和商业中，如高介电常数电容器、压电声纳和超声传感器、无线电和信息过滤器、热释电装置、医疗诊断传感器、正温度系数(PTC)传感器、超声马达和电光光阀等。

铁电陶瓷中存在孔隙时会使损耗角正切增大，且一些特殊应用如压电传感器和致动器的机械强度直接与材料的密度有关，因此很多应用中都需要全致密的铁电陶瓷(理论密度>95％)以获得最佳的性能。铁电陶瓷的密度通常随烧结温度的升高而增大。然而，含铅、铋铁电材料的烧结温度不宜过高，因为铅、铋易挥发，而且高温也会导致晶粒反常长大，损害铁电陶瓷的性能。而目前主要使用细或超细粉末及辅助烧结来降低铁电陶瓷的烧结温度。因此，制备致密且晶粒大小适当的铁电陶瓷尤其重要，探讨新的铁电陶瓷粉末的制备方法具有重要意义。

铁电陶瓷粉末的制备方法

A：常规制备方法

材料的性能与其加工方法密切相关，故铁电陶瓷粉末的合成方法对铁电陶瓷的显微结构、电学和光学性能有很大影响。对氧化物原料进行固态反应可合成铁电陶瓷粉末，但由于晶粒相对粗大，因而需要较高的烧结温度来获得目标成分和预期性能的铁电陶瓷。但对于含铅铁电陶瓷，铅在高温烧结中可能会损失，进而恶化其电学、光学或其它有用性能。因此，要降低烧结温度，必须使用晶粒细小且粒径分布窄的铁电化合物粉末。为达到这个目的，过去十几年中通过各种湿化学法合成了亚微米甚至纳米级铁电陶瓷粉末及其他陶瓷粉末，包括：化学共沉淀法、溶胶－凝胶法、热液合成法、微乳化法、燃烧法、热高温分解喷雾法、溶胶凝胶燃烧法、熔盐法等。虽然已经获得了重要进展，但仍存在各种问题，例如，共沉淀法需要重复的冲洗，制备工艺复杂且难以实现大批量生产；溶胶－凝胶法一般以金属醇盐为原料，价格昂贵且对环境如湿气、光和热极度敏感。

《无机材料工艺学》课程作业

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特种陶瓷材料的制备工艺

10材料1班 王俊红，学号：1000501134

摘 要：介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。

关键词：特种陶瓷；成形；烧结；陶瓷材料

前言：陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类， 特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。

正文：特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形，第三步是烧结。

特种陶瓷制备工艺流程图

一、 陶瓷粉体的制备

粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理

热压或热等静压烧结 成品 《无机材料工艺学》课程作业

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陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关， 而且还受粉料性质的影响。 由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点， 使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。 陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。 因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的， 而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。 因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。 就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。 因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。 粉末颗粒形状、 尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。 同时，机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多， 但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。

散热材料之导热陶瓷基片

电子陶瓷基片是以AL2O3 ZrO2为主要原料，以稀有金属氧化物为熔剂，经一千多度高温焙烧而成的特种陶瓷片。此种产品金属材料成分含量高、结构比较致密、具有特殊的性能，故称为特种陶瓷。电子陶瓷材料是以氧离子构成的密排六方结构，不易氧化和其他高温优良特性，使得其具有比其他耐火纤维品种更高的使用温度，因此陶瓷具有高熔点、高硬度，以及优良的耐磨性能。

1）主要特性

➢ 物理性能：高绝缘性、抗电击穿、耐高温、耐磨损、高强度；

➢ 防火等级：美国军用标准MIL-F-51058（最高级别）；

➢ 典型应用：强电流、强电压、高温部位、MOS管、IC、IGBT功率管导热绝缘等；

➢ 认证情况：天然有机物、欧盟豁免产品、无需认真材质；

➢ 耐压耐温：1600度以下高压高频设备的理想导热绝缘材料；

2）性能特点

➢ 硬度大、耐腐蚀、电气绝缘性能高；

➢ 耐磨性能极好、高导热、高耐温；

➢ 重量轻，密度高；

➢ 适用范围广；

3）产品主要应用

氧化铝陶瓷片主要应用于大功率设备、IC、MO管、IGBT贴片式导热绝缘、高频电源、通讯、机械设备，强电流、高电压、高温等需要导热散热绝缘的产品部件。

4）产品规格

➢ 常规型号：TO-220、TO-3P、TO-264、TO-247；

➢ 常规厚度：0.28mm~3mm

➢ 常规尺寸：14mm*20mm；17mm*22mm；20mm*25mm；22mm*28mm；22mm*30mm；50mm*50mm；114mm*114mm；139mm*190mm；

5）产品性能参数表

测试项目 数值

产品材质 氧化铝 氧化锆

成分含量 ≥99% ≥95% ≥90%

烧成温度（℃） 1780-1800 1650-1680 1550-2600 比重（g/cm3） ≥3.8 ≥3.6 >6

击穿电压强度（kv/mm） 15 15 15

吸收率 <0.01% <0.01% <0.01%

兰兰兰兰　ｌ　宅坛　主兰三三三三三　２（）０７　手　第　９期三曼要　

浅谈特种陶瓷材料磨削加工技术的现状及方法　

苏志强　

（大埔县科技开发中心，广东大埔５１４２００）　

摘要：特种陶瓷属于脆性材料，具有很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温能力和良好的化学惰性等特点，其物理机械性能（尤其是韧性和强度）与金　属材料有较大差异。加工性能差，加工难度大。主要就陶瓷磨削的研究现状及发展状况进行了归纳和总结。　

关键词：特种陶瓷；磨削加工；方法　

特种陶瓷具有较高的硬度和强度，很强的耐腐蚀、耐磨损、耐高温能力　和良好的化学惰性等，广泛应用于航空航天、化工、军事、机械、电子电器以　

及精密制造等领域。２Ｏ世纪８０年代以来，德、日、美、英等发达国家非常重　视特种陶瓷的开发及应用。竟相投人大量的资金及＾、力，在特种陶瓷加工　

理论和技术、产品开发和应用等方面取得了很大的进展。　

特种陶瓷属于脆性材料，硬度高、脆性大，　加工性能差，加工难度大。因此，研究特种　陶瓷材料的磨削机理，选择最佳的磨削方法是当前要解决的主要问题。从　

Ｅ世纪９０年代开始，国内外学者进行了大量的研究，在陶瓷磨削的新型方　

式、陶瓷磨削的材料去除机理、磨削烧伤、磨削表面完整性等的影响因素、　不同磨削条件的最佳磨削参数等多方面都取得了积极的研究成果。本文主　

要就陶瓷磨削的研究现状及发展状况进行了归纳和总结。　

ｌ特种陶瓷材料磨削机理的发展　１．１国内外关于磨削机理的研究。由于磨削对象陶瓷材料具有高硬度　和高脆性的梅　，而磨削工具砂轮，则随磨粒尺寸、形状和磨粒分布的随机　

性以及磨削运动规律的复杂性。因此，给磨削机理的研究带来了很大的困　难。目前，国内外学者的研究大多数使用“压痕断裂力学’　或“切削加工”　

模型来近似处理。如：２Ｏ世纪８０年代初，Ｆ　和Ｌａｗｎ首先建立了钝压痕　器、尖锐压痕器和接触滑动三种机理分析研究模型，提出了应力强度因子　

公式Ｋ　Ｅ・ＲＥ　，根据脆性断裂力学条件Ｋ≥　，导出了脆性断裂白勺ｌ临界载